DE2900825C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Rückstrahlortungsgerät wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiges Rück­ strahlortungsgerät ist aus der DE-OS 25 14 868 bekannt.

Bei dem dort beschriebenen Rückstrahlortungsgerät wird die Dopplerverschiebung der in der Mitte eines Entfernungsbereiches liegenden Spektrallinie ermittelt. Dabei wurde davon ausgegangen, daß diese Spektrallinie sowohl bei Zielen, die am äußersten oberen als auch bei Zielen, die am äußersten unteren Rand des Entfernungsbereiches liegen, eine zur weiteren Verarbeitung - nämlich zur Bestimmung der Dopplerverschiebung dieser Spektral­ linie und somit zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit - ausreichende Amplitude hat. Es hat sich gezeigt, daß diese Signalauswahl und -verarbeitung Empfindlichkeitseinbußen an den Rändern des Entfernungsbereiches zur Folge hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Empfindlichkeitseinbußen an den Rändern des Entfernungsbereiches zu beseitigen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch an­ gegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Relativgeschwindigkeit zu den Zielen in einem gesamten Entfernungsbereich sehr genau ermittelt werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des bekannten Radargerätes;

Fig. 2 und 3 Frequenzspektren zur Erläuterung der Funktions­ weise des alten und des neuen Radargerätes;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der für die Erfindung wesentlichen Teile des neuen Radargerätes.

Es wird zunächst anhand der Fig. 1 das aus der DE-OS 25 14 868 bekannte Radargerät beschrieben. In der Fig. 1 werden soweit möglich dieselben Bezugszeichen wie in der DE-OS 25 14 868 verwendet. Das Blockschaltbild dieser Anmeldung unterscheidet sich vom Blockschaltbild der DE-OS 25 14 868 nur dadurch, daß einige zum Verständnis der Erfindung unwesentliche Teile weg­ gelassen, manche Teile zusammengefaßt und einige durch vollkommen äquivalente ersetzt wurden.

Ein in einem Oszillator 1 erzeugtes HF-Signal (seine Frequenz ist beispielsweise 35 GHz) wird mit einem in einem Sägezahn­ generator 2 erzeugten Signal frequenzmoduliert (die Modulations­ frequenz f _mod ist beispielsweise 30 kHz). Das frequenzmodulierte Signal wird über einen Zirkulator 4 einer Antenne 5 zugeführt und von dort abgestrahlt. Das empfangene Signal wird zu einem ersten Mischer 6 geleitet, der als weiteres Signal einen kleinen Teil des Sendesignals, das mittels eines Richtkopplers 3 ausgekoppelt wird, erhält. Anstelle des Zirkulators 4 und der Antenne 5 können auch getrennte Sende- und Empfangs­ antennen verwendet werden.

Die Ausgangssignale des ersten Mischers 6 haben beispielsweise eine Frequenz zwischen 180 kHz und 3600 kHz. Sie entsprechen Entfernungen zwischen 5 m und 100 m. Die Signale werden in einem Verstärker 7 verstärkt und einem zweiten Mischer 9 zugeführt. Dem Mischer 9 werden von einem Synthesizer 10 Misch­ signale zugeführt, wobei jedem Mischsignal ein bestimmter Ent­ fernungsbereich zugeordnet ist. Die Frequenzen der Mischsignale liegen beispielsweise zwischen 10,88 und 14,3 MHz. Es wird in Stufen von 180 kHz weitergeschaltet. Das Weiterschalten wird durch eine Steuereinrichung 65 bewirkt. Die Steuereinrichtung 65 kann beispielsweise ein Zähler sein, der seine Taktimpulse von dem Synthesizer erhält. Syntheziser sind allgemein bekannt und werden hier deshalb nicht näher erläutert. Als Zähler kann das Bauelement SN 74 190 von Fa. Texas Instruments verwendet werden.

Das Ausgangssignal des zweiten Mischers wird einem ersten Band­ paß 11 zugeführt, dessen Bandbreite (z. B. 180 kHz) den Längen der Entfernungsbereiche entspricht. Seine Mittenfrequenz ist beispielsweise 10,7 MHz. Am Ausgang des Bandpasses 11 ist nur dann ein Signal vorhanden, wenn das Signal im zweiten Mischer 9 mit der Frequenz, die dem Entfernungsbereich, in dem sich das Ziel befindet, zugeordnet ist, gemischt wurde. Somit weiß man, wenn man die Mischfrequenz kennt, in welchem Ent­ fernungsbereich sich das Ziel befindet. Deshalb leitet die Steuereinrichtung 65 die Information über den jeweiligen Entfernungsbereich auch zu einer Auswerteeinrichtung 17. Das Ausgangssignal des ersten Bandpasses 12 wird in einem dritten Mischer heruntergemischt und der Auswerteeinrichtung 17 zuge­ führt. Die Anzeige von Entfernung und Relativgeschwindigkeit erfolgt in einer Anzeigeeinrichtung 20.

Das Mischsignal für den dritten Mischer erhält man durch Teilung eines von dem Synthesizer 10 abgegebenen Signals in einem Teiler 15. Ein Teiler 14 erzeugt aus diesem von Synthesizer 10 abgegebenen Signal ein Signal mit der Modulationsfrequenz.

Die erfindungsgemäße Einrichtung betrifft nur die Geschwindig­ keitsauswertung. Deshalb wird auf die Entfernungsauswertung nur noch soweit Bezug genommen, wie dies für die Geschwindig­ keitsauswertung notwendig ist.

In den Fig. 2a und 2b sind die Ausgangssignale des ersten Band­ passes für jeweils ein Ziel in unterschiedlichen Entfernungen dargestellt. Die Signale bestehen aus mehreren Spektrallinien. Ihre Einhüllende ist ebenfalls eingezeichnet. Die Frequenzen sind ganzzahlige Vielfache der Modulationsfrequenz f _mod . Die Spektrallinien für ein Ziel mit der Relativgeschwindigkeit null sind ausgezogen und die für ein Ziel mit einer Geschwindigkeit ungleich Null punktiert gezeichnet. Ihre Frequenzen unter­ scheiden sich um die Dopplerfrequenz f _D , aus der die Relativ­ geschwindigkeit ermittelt werden kann. Die Frequenz, bei der die Einhüllende ihr Maximum hat, entspricht der Ziel­ entfernung.

Die Bandbreite des ersten Bandpasses 11 ist in der Fig. 2a durch die dick gezeichneten Striche dargestellt. Wenn bei der Entfernungsauswertung nur ausgewertet wird, ob inner­ halb dieser Bandbreite ein Ziel vorhanden ist oder nicht, dann ist die Entfernungsauflösung durch die der Bandbreite zugeordnete Länge bestimmt.

In der Fig. 2b ist ein Ziel in einer anderen Entfernung angenommen. Es liegt im Gegensatz zu dem Ziel der Fig. 2a, das in der Mitte eines Entfernungsbereichs liegt, am Rande eines Entfernungsbereiches. Weil beide Ziele in demselben Auflösungsbereich liegen, wird von der Anzeigeeinrichtung 20 für beide Ziele dieselbe Entfernung angezeigt.

Wie bereits erwähnt sind bei einem Ziel mit einer Relativ­ geschwindigkeit ungleich Null alle Spektrallinien gegenüber den Vielfachen der Modulationsfrequenz verschoben. Zur Ermittlung der Dopplerverschiebung kann also eine einzelne Spektrallinie herausgegriffen und ihre Frequenz gemessen werden. Zur Messung der Frequenz gibt es zahlreiche bekannte Lösungen auf die hier nicht näher eingegangen wird.

Der Unterschied der gemessenen Frequenz von der Sollfrequenz ist die Dopplerverschiebung f _D , die direkt der Relativ­ geschwindigkeit proportional ist. Sie kann positiv oder negativ sein.

Die Spektren der Fig. 2a und 2b sind, wie bereits erwähnt, Ausgangssignale des ersten Bandpasses 11, wobei angenommen ist, daß der Bandpaß ein (nicht reales) rechteckförmiges Durchlaßverhalten hat. Um eine günstige Signalauswertung zu ermöglichen, werden die Ausgangssignale des ersten Band­ passes 11 bei dem bekannten Radargerät mittels des dritten Mischers 12 in einen niedrigeren Frequenzbereich umgesetzt. Diese Signale sind in der Fig. 3 dargestellt. Sowohl die Spektren der Fig. 2 als auch die der Fig. 3 sind nur qualitative und keine quantitative Darstellungen.

Beim Heruntermischen des Signals nach Fig. 2a entsteht das in der Fig. 3a ausgezogen gezeichnete Spektrum und beim Herunter­ mischen des Signals nach Fig. 2b entsteht in der Fig. 3a das gestrichelt gezeichnete Spektrum. Um aus der Dopplerverschiebung einer einzigen Linie die Geschwindigkeit zu ermitteln wird bei dem bekannten Radargerät durch einen Bandpaß der Frequenz­ bereich um eine einzige Linie, in dem die erwarteten Doppler­ verschiebungen liegen, ausgefiltert. Dieser Frequenzbereich ist durch die dick gezeichneten Linien eingegrenzt.

Liegt das Ziel in der Mitte eines Entfernungsbereichs (wie bei Fig. 2a), dann hat die ausgefilterte Spektrallinie eine große Amplitude. Wenn jedoch das Ziel am Rande eines Ent­ fernungsbereiches liegt wie bei dem Beispiel nach Fig. 2b, dann hat die ausgefilterte Spektrallinie nur eine kleine Am­ plitude. Für die Auswertung ist es jedoch wünschenswert, in allen Fällen eine Spektrallinie mit großer Amplitude zur Verfügung zu haben.

Deshalb wird bei dem neuen Radargerät das Ausgangssignal des ersten Bandpasses 11 nicht nur mit einem Signal sondern mit drei Signalen gemischt. Die Frequenzen dieser Signale unter­ scheiden sich beispielsweise um den halben Wert des Durch­ laßbereiches des ersten Bandpasses 11, der ja einem Ent­ fernungsbereich zugeordne ist. Das mit den anderen Misch­ signalen heruntergemischte Signal nach Fig. 2b ist in der Fig. 3b bzw. Fig. 3c dargestellt.

Beim Heruntermischen mit drei unterschiedlichen Frequenzen, die sich wie oben angegeben, unterscheiden, erhält man also drei Spektren, deren Einhüllenden und Spektrallinien in den Fig. 3a-3c gestrichelt dargestellt sind. Es ist zu sehen, daß die drei Spektrallinien, deren Dopplerverschiebung aus­ gewertet werden soll, stark unterschiedliche Amplituden haben. Es ist jedoch immer eine Spektrallinie vorhanden, die eine sichere Auswertung ermöglicht. Im vorliegenen Fall ist es die Spektrallinie nach Fig. 3b.

Anhand der Fig. 4 wird nun beispielsweise eine Schaltung er­ läutert, mit der die am besten geeignete, d. h. die mit der größten Amplitude, Spektrallinie ausgewählt und ausgewertet werden kann.

Der Teiler 15 nach Fig. 1 erzeugt hier drei unterschiedliche Mischfrequenzen, z. B. 11,24 MHz, 11,15 MHz und 11,06 MHz. Jede Mischfrequenz wird einem Mischer 12, 12′ bzw. 12′′ zugeführt, die außerdem jeweils das Ausgangssignal des Bandpasses 11 erhalten.

Die Ausgangssignale der Mischer 12, 12′, 12′′ werden jeweils möglichst identischen Bandpässen 41, 41′ bzw. 41′′ zugeführt, deren Durch­ laßbereich den zu erwartenden Dopplerverschiebungen einer Spektrallinie entspricht. Diese Bandpässe entsprechen dem Bandpaß III der DE-OS 25 14 868. Die Bandpaßausgangssignale werden einer Amplitudenvergleichseinrichtung 30 zugeführt, die die Spektrallinie mit der größten Amplitude ermittelt und eine Schalteinrichtung 31 so steuert, daß nur das Band­ paßausgangssignal mit der größten Amplitude zu einer Frequenz­ meßeinrichtung 73 weitergeleitet wird. Ein Dekoder 77 ordnet der gemessenen Frequenz die richtige Relativgeschwindigkeit zu, die in der Anzeigeeinrichtung 20 angezeigt wird. Für die Frequenzmeßeinrichtung 73, den Dekoder 77 und die Anzeige­ einrichtung 20 wurden wieder dieselben Bezugszeichen wie in der DE-OS 25 14 868 gewählt.

Anstatt das Ausgangssignal des Bandpasses I in drei Mischern gleichzeitig mit drei Mischsignalen zu mischen, ist es auch möglich, die drei Signalmischungen nacheinander durchzuführen. In diesem Fall müssen jedoch die Mischerausgangssignale zum Amlitudenvergleich in einem Speicher gespeichert werden und der Speicher wird dann so gesteuert, daß das Signal mit der größten Amplitude zu der Frequenzmeßeinrichtung gelangt.

Claims (4)

1. Rückstrahlungsortungsgerät, welches nach dem FM-CW-Radar­ prinzip mit sägezahnförmiger Frequenzmodulation arbeitet und zur gleichzeitigen Messung der Entfernung und Rela­ tivgeschwindigkeit zu Zielen in einem zu überwachenden Bereich dient,

• - mit einem ersten Mischer, der aus dem empfangenen rück­ gestrahlten Signal und einem Teil des Sendesignals an seinem Ausgang ein Schwebungssignal erzeugt,
• - mit einem eine Aufwärtsmischung bewirkenden zweiten Mischer, dem einerseits das Schwebungssignal und ande­ rerseits ein erstes Lokaloszillatorsignal mit zyklisch schrittweise veränderten Frequenzen zugeführt wird, die bestimmten Entfernungsbereichen innerhalb des zu überwachenden Bereiches entsprechen und frequenzstarr zur Repetitionsfrequenz der sägezahnförmigen Frequenz­ modulation sind,
• - mit einem, dem zweiten Mischer nachgeschalteten ersten Bandpaß, dessen Durchlaßbereich angenähert gleich der einem Entfernungsbereich zugeordneten Frequenzband ist,
• - mit einer, dem ersten Bandpaß nachgeschalteten, eine Abwärtsmischung bewirkenden weiteren Mischereinrich­ tung, der ein zweites Lokaloszillatorsignal zugeführt wird, das frequenzstarr zur Repetitionsfrequenz der sägezahnförmigen Frequenzmodulation ist,
• - mit einer Auswerteeinrichtung, der das Ausgangssignal der weiteren Mischereinrichtung zur Bestimmung der Re­ lativgeschwindigkeit, und außerdem ein jener Frequenz des ersten Lokaloszillatorsignals entsprechendes Signal, durch welches ein Ausgangssignal am ersten Bandpaß erzeugt wird, zur Bestimmung der Entfernung zugeführt wird, und
• - mit einer der Auswerteeinrichtung nachgeschalteten Anzeigeeinrichtung,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß das zweite Lokaloszillatorsignal aus wenigstens drei Teilsignalen mit unterschiedlicher Frequenz be­ steht und die weitere Mischereinrichtung dementspre­ chend drei Ausgangssignale erzeugt, welche innerhalb eines herausgefilterten Frequenzbereiches liegen, und
• - und daß in der Auswerteeinrichtung nur das Ausgangs­ signal der weiteren Mischereinrichtung mit der größten Amplitude weiterverarbeitet wird.

2. Rückstrahlortungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die weitere Mischereinrichtung aus drei Mischern (12, 12′, 12′′) besteht, denen jeweils eines der Teilsignale zugeführt werden, deren Frequenzen sich um einen Betrag unterscheiden, der kleiner oder angenähert gleich der halben Bandbreite des ersten Bandpasses (11) ist, daß die Ausgangssignale der Mischer (12, 12′, 12′′) jeweils einem weiteren Bandpaß (41, 41′, 41′′) zuge­ führt werden, daß die weiteren Bandpässe (41, 41′, 41′′) möglichst gleich sind und daß eine Einrichtung (30, 31) vorhanden ist, die das Ausgangssignal jenes Bandpasses, das die größte Amplitude hat, einer in der Auswerteein­ richtung (17) enthaltenen Frequenzmeßeinrichtung (73) zuführt.

3. Rückstrahlortungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der weiteren Mischereinrichtung (12) die Teilsignale zeitlich nacheinander zugeführt werden, daß sich die Frequenzen der Teilsignale um einen Betrag un­ terscheiden, der kleiner oder angenähert gleich der hal­ ben Bandbreite des ersten Bandpasses (11) ist, daß ein weiterer der Mischereinrichtung (12) nachgeschalteter Bandpaß vorhanden ist, daß das Ausgangssignal des wei­ teren Bandpasses einem Speicher zugeführt wird, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die von den drei aufein­ anderfolgenden Ausgangssignalen des weiteren Bandpasses nur dasjenige mit der größten Amplitude an eine in der Auswerteeinrichtung (17) enthaltene Frequenzmeßeinrichtung weiterleitet.